机械原理与设计平面连杆机构

•称K为行程速比系数。•只要 θ ≠ 0 ， 就有 K>1
•且θ越大，K值越大，急回性质越明显。
•设计新机械时，往往先给定K值，于是:
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机械原理与设计平面连杆机构
•2.压力角和传动角 •压力角：
•从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。
•切向分力: F’= Fcosα•=Fsinγ
•将以上三式两两相加的：
• l1≤ l2, l1≤ l3, •AB为最短杆
l1≤ l4 •B’ •l1
•l2
•C’
•l•2l3
•A•l1 •l4 •l4- l1
•C”
•l3
•D
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机械原理与设计平面连杆机构
•曲柄存在的条件：
•1. 最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和 • 称为杆长条件。
•应用实例:
•6 •E
•C
•3
•2
•B •4 •1
•A •5
•D
•小型刨床
•D
•3 •B •2 •C
•C2
•4 •C1
•1
•A
•牛头刨床
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机械原理与设计平面连杆机构
•(3)选不同的构件为机架
•B
•1
•2 •3
•A
•4 •C
•曲柄滑块机构
•B
•1
•2 •3
•A
•B’ •C’
•B
•C
•A
•D
•C •C •电机
•蜗轮 •••B•BBA
••AA
•D
••蜗蜗杆杆
•风扇座
•D •C
•A ••EE
•B
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机械原理与设计平面连杆机构
•1.急回运动
•在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇
杆位于两个极限位置，简称极位。
•此两处曲柄之间的夹角θ 称为极位夹角。
•特点： • ①采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 • 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。 •②改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。
•③连杆曲线丰富。可满足不同要求。
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机械原理与设计平面连杆机构
•缺点： •①构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。 •②产生动载荷（惯性力），不适合高速。 •③设计复杂，难以实现精确的轨迹。
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•正弦机构
机械原理与设计平面连杆机构
•(2)改变运动副的尺寸
•(3)选不同的构件为机架
•偏心轮机构
•B •1
•A
•2 •3
•4 •C
•曲柄滑块机构
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•B
•1
•2 •3
•A
•4 •C
•摆动导杆机
•导杆机构 •转动构导杆机
构
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•C
•180°＋θ•ω•B•θ 2
•C•C
1
•曲柄摇杆机构
•A •B1
••DD
3D
•B2
•当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位
置
•所花时间为t1 , 平均速度为V1,那么有：
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•摆到C2D。
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机械原理与设计平面连杆机构
•当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到
•若∠B1C1D≤90°,则•γ1＝∠B1C1D
• ∠B2C2D＝arccos[b2+c2-(d+a)2]/2bc
•若∠B2C2D>90°, 则•γ2＝180°-∠B2C2D
•γmin＝[∠B1C1D, 180°-∠B2C2D]min
•机构的传动角一般在运动 链最终一个从动件上度量。
•B
2
•车门
•C•γ2
机械原理与设计_平面连 杆机构
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2020/11/18
机械原理与设计平面连杆机构
•§2－1 铰链四杆机构的基本型式和特性
•应用实例： •内燃机、鹤式吊、火车轮、急回冲床、牛头刨床、 翻箱机、椭圆仪、机械手爪、开窗、车门、折叠伞、 折叠床、牙膏筒拔管机、单车等。 •定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。 •特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。
•B’
•F’
•C’
•A’
•E’
•D’
•G
’
•A
•E
•D
•G
•B
•F
•C
•反平行四边形机构•--车门开闭机构
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•反
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机械原理与设计平面连杆机构
•（3）双摇杆机构 •特征：两个摇杆 •应 用 举 例 ： 铸 造 翻 箱 机•、风扇摇头机构 •构特例：等腰梯形机构－汽车转向机构
•C
2
••bγ1
1
•c
•A •a
•D
•B •d
1
•α•F •γ
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•v
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机械原理与设计平面连杆机构
•3.机构的死点位置
•摇杆为主动件，且连杆
与曲柄两次共线时，有： •γ＝0
•此时机构不能运动. •F
•称此位置为：•“死 •避免措施： 点”
•γ＝ 0
•F •γ＝ 0
•F
•P
•B •B •2 •C
•2 •C •γ=0
•工件 •1•1
•3•3
•A •A
•P ••DD
•4 •T
•钻孔夹 具
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机械原理与设计平面连杆机构
•§2－2 铰链四杆机构有整转副的条件
•平面四杆机构具有整转副→可能存在曲柄。
•杆1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线
C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有：
•C
•C
2
1
•A •B1
•D
•因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不 一样，平均速度也不等。
•180°-θ
•显然：t1 >t2 V2 > V1
•摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度
•所以可通过分析机构中是否存在 θ以及θ的大小来判断机构是否有 急回运动或运动的程度。
•则由△B’C’D可得：三角形任意两边之和大于第三边
•l1+ l4 ≤ l2 + l3 •则由△B”C”D可得：
•l2≤(l4 – l1)+ l3 •→ l1+ l2 ≤ l3 + l4
•最长杆与最短杆 的长度之和≤其 他两杆长度之和
•l3≤(l4 – l1)+ l2 •→ l1+ l3 ≤ l2 + l4
机械原理与设计平面连杆机构
•三类设计要求：
•1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: • 飞机起落架、函数机构。 •2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。
•3)满足预定的轨迹要求，如: 鹤式起重机、搅拌机等。
•A •B
•C
•C
•E
•B
•D
•Q
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•Q •A
•鹤式起重机
•要求连杆上E点的轨 迹为一条水平直线
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机械原理与设计平面连杆机构
•例：选择双滑块机构中的不同构件 • 作为机架可得不同的机构
•2 •1
•3 •4
•正弦机构
•2
•1 •4
•3
•椭圆仪机 构
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机械原理与设计平面连杆机构
•§2－4 平面四杆机构的设计
• 连杆机构设计的基本问题
•三类设计要求：
•1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: • 飞机起落架、函数机构。前者要求两连架杆转角对应，后者要求急回运动 •2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。
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•B’ •C’
•B
•C
•A
•D
•要求连杆在两个位 置垂直地面且相差
180˚
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机械原理与设计平面连杆机构
•C•C
•2 •3•3
•3
•B •1 •4 •D
•3
•2
•A
•雷达天线俯仰机 构 •（2）双•曲曲柄柄主机动构
•特征：两个曲柄
•4
•2
•1
•4
•1 •摇杆主动
•缝纫机踏板机构
•作用：将等速回转转变为等速或变速回转。
•应用实例：如叶片泵、惯性筛等。
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•法向分力: F”= Fcosγ•γ↑•→ F’↑•→对传动有利。
•可用γ的大小来表示机构传动力性能的好坏,
•称 γ 为 传 动 角 。 •为了保证机构良好的传力性能
•设计时要求: γmin≥50°
•γmin出现的位置：
•B
•B
•C
•γ
• F•F”’ •C •γ•F•α
•F
•F”
•F’
•当∠BCD≤90°时，
机械原理与设计平面连杆机构
•1
•A •B •D•C•2
•3
•C
•2 •3
•B •1
•4 •D •A
•6 •E
•惯性筛机构
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•旋转式叶片泵
•A •4
•D
•1 •B •2
•C •3
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机械原理与设计平面连杆机构
•特例：平行四边形机
•构特征：两连架杆等长且平行，
•
连杆作平动
•A •A
••DD
• γ＝∠BCD
•当∠BCD>90°时， • γ＝180°- ∠BCD
•当∠BCD最小或最大时，都有可能出现γmin
•此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。
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机械原理与设计平面连杆机构
•由余弦定律有：
•
∠B1C1D＝arccos[b2+c2-(d-a)2]/2bc
• 两组机构错开排列，如火车轮机构;
•靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。
•B’
•F’
•C’
•A’
•E’
•D’
•G
’
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•A
•E
•D
•B
•F
•C
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•G
机械原理与设计平面连杆机构
•也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。
•C •D
••AA
••γB =0
•C
•B •飞机起落架
• 曲柄摇杆、 双曲柄、 双摇杆机构。
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•§2－3 铰链四杆机构的演化
•(1) 改变构件的形状和运动尺寸
•曲柄摇杆机构
•曲柄滑块机构
•↓ ∞
•偏心曲柄滑块机构
•s•=l sin φ
•φ
•→∞
•l
•对心曲柄滑块机构
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•双滑块机构
•连杆—作平面运动的构件；
•摇杆—作定轴摆动的构件；
•连架杆—与机架相联的构件；
•周转副—能作360°相对回转的运动副；
•摇杆
•摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。 •三种基本型式：
•（1）曲柄摇杆机构
•特征：曲柄＋摇杆
•作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。
•
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如雷达天线。 自用盘编号JJ321002
•4 •C
•摇块机构
•B
•1
•2 •3
•A
•4 •C
•导杆机构
•C •3
•4
•2
•B
•A •1
•应用实例
••44•••4•AA•A••AAφ•••1•111•1
•C•C•••333•4
••22 •B
•自卸卡车举升机构
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•(3)选不同的构件为机架
•2.连架杆或机架之一为最短杆。
•此时，铰链A为整转副。
•若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。
•可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转
动副都是整转副。
•l
•C
•B 2
•l
•A •l
•D3
1
•l
4
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机械原理与设计平面连杆机构
•当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不 同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：
• 机构选型－根据给定的运动要求选择机
•
构的类型；
•尺度综合－确定各构件的尺度参数(长度
•
尺寸)。
• 同时要满足其他辅助条件：
•γ
•a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、 • 运动副结构合理等）;
•b)动力条件（如γmin）;
•c)运动连续性条件等。
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•平面连杆机构 •分类: •空间连杆机构
•常以构件数命名： •四杆机构、多杆机构。 •本章重点内容是介绍四杆机构。
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机械原理与设计平面连杆机构
•平面四杆机构的基本型式:
•基本型式－铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它
演变得到的。 •名词解释：
•连杆
•曲柄—作整周定轴回转的构件；•曲柄
•B •B’
•C •C’
•A
•D
•实例：火车轮 •摄影平台 •播种机料斗机构
•天平
•A
•AB = CD •BC = AD
••BB
•C
•B •B
•C
•A
•D
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•D •C
•耕 地
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•料 斗
机械原理与设计平面连杆机构
•平 行 四 边 形 机 构 在 共 线 位 置 出 现 运动不确定•。采 用 两 组 机 构 错 开 排 列 。
•B
•1
•2 •3
•A
•4 •C
•曲柄滑块机构
•B
•1
•2 •3
•B
•1
•2 •3
•A
•4 •C
•摇块机构
•A •1 •B
•4 •2
•A
•4 •C
•导杆机构
•C •3
•A
••4•4A
•1 •B
•2
•3 •C
•直动滑杆机构 •手摇唧筒
•这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的
方法称为： •机构的倒置
•三类设计要求：
•1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: • 飞机起落架、函数机构。
•A •D
•C’ •B’
•B •C
•飞机起落架
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•x •B
•A
•D
•C •y=logx •函数机构
•要求两连架杆的转 角满足函数
y=logx
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